صنایع شیمیایی JAM . BGR


موسسه آموزش عالی جامی دلیجان

;
 

نگاهی کلی به نانولوله‌های کربنی

بعضی اوقات تجارت به جهان داروینی شبیه می‌شود؛ جهانی که شرکتها برای تسلط بر یکدیگر، در آن با هم به رقابت می‌پردازند. در این فرآیند، شرکتهای ضعیف‌تر مجبور به ترک صحنة سرمایه‌گذاری تجاری می‌شوند. به نظر می‌رسد این ماجرا در مورد یکی از شاخه‌های اصلی نانوتکنولوژی یعنی نانولوله‌های کربنی نیز صادق باشد.

 

   شرکتهایی از سراسر جهان، از جزیره کوچک قبرس گرفته تا جمهوری بزرگ خلق چین، ادعای ریسک و سرمایه‌گذاری بر روی نانولوله‌های کربنی را دارند؛ محصولاتی که از فولاد سخت‌تر، از آلومینیوم سبک‌تر و از مس ضریب هدایت بیشتری داشته و نیمه‌هادی خوبی نیز هستند.

 

   تولید کنندگان در حال سرمایه‌گذاری جهت پیشبرد این بخش و کاهش قیمتهای این فرآورده هستند. اما در واقع بقای این شرکتها وابسته به نوع لوله‌هایی است که ارائه می‌دهند، چه از لحاظ کیفی و چه از لحاظ ثبت اختراعات در این زمینه.

 

   آقای دِرسِلهوس، استاد فیزیک و مهندسی برق در M.I.Tکه نوشته ها و مقالات فراوانی در زمینه نانولوله‌های کربنی دارد، چنین ابراز داشت که نانولوله‌های کربنی خواص فیزیکی منحصر به‌فردی دارند که هر کسی را متقاعد به استفاده از آنها در بسیاری از کارها می‌کند.

 

نانولوله‌های توخالی در راستای طولی مانند فنر خاصیت ارتجاعی داشته و مرتباً در حال نوسان می‌باشند. آخرین تحقیقات نشان می‌دهد که نانولوله‌ها در واقع متشکل از مجموعه‌ای از لوله‌های چند جداره و تک جداره با عرض نانومتری می‌باشند که بسته به نحوة قرارگیری اتم‌های کربنشان می‌توانند دارای خاصیت فلزی و یا خاصیت نیمه هادی باشند.

 

تاکنون چندین شرکت, موارد استفاده نانولوله‌های کربنی را تشریح کرده‌اند:

 

o      شرکت بزرگ کره‌ای سامسونگ، نمونه‌ای از نمایشگرهای گسیل میدانی  (fieled emissions display) را با استفاده از نانولوله‌های چند دیواره‌ای ارائه داد. این شرکت مدعی است که ولتاژ لازم برای نمایشگر گسیل میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متکی بر نانولوله‌‌، نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه کاتدی استفاده می‌شده کمتر می‌باشد و این لوله‌ها با ولتاژ کمتر، نور بیشتری را تولید می‌کنند.

 

o      شرکت بزرگ IBM در ایالات متحده، ترانزیستوری را با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک دیواره‌ای ساخته است که می‌تواند در ساخت وسایلی با اندازه‌های مولکولی به کار آید. این‌گونه وسایل با اندازه‌های مولکولی نوید تولید ساختارهای سریعتر و بهتر نسبت به تکنولوژیهای کنونی را می‌دهند. محققان قبلاً نانولوله‌هایی را با استفاده از روشهایی چون تخلیه الکتریکی در مقیاس اندک تولید کرده بودند ولی تولید انبوه توسط چنین روشهایی عملی نیست. این امر شرکتها را وادار کرده است که تولیدات جدید و اختراعات خود را در جهت قیمت مناسب و بازدهی بالا و به عبارتی تجاری سازی نانولوله‌ها سوق دهند.

 

o      شرکت بین‌المللی کاتالیستی Hyperion چهار سال قبل از ایجیما   (کاشف نانولوله‌های کربنی) روشی را جهت تولید نانولوله‌ها ابداع کرد و با استفاده از اتیلن وبرخی مواد دیگر، شکل‌هایی از نانولوله‌های کربنی را تولید می‌کرد. این شرکت لوله‌هایی را به نام فیبریل تولید می‌کند که شبیه به صفحات کربنی لوله شده هستند. فیبریل ها قابلیت مخلوط شدن با رزین را داشته و در قطعات پلاستیکی اتومبیل به کار می‌روند. این مواد همچنین در ساخت مواد با هادی الکتریسیته نیز کاربرد دارند. این پلاستیکها می‌توانند با استفاده از فرآیندهای الکترواستاتیک، رنگ شده و از میزان آلودگی و ضایعات ناشی از رنگ کردن بکاهند. پاتریک کولین, مدیر بازاریابی نانولوله‌ها این شرکت عقیده داردکه هر کسی می‌تواند به آزمایشگاه رفته و نانولوله‌های کربنی بسازد، اما به عقیده وی ساخت یک گرم از این ماده با ساخت یک کیلوگرم یا یک تن از آن بسیار متفاوت است. در سال 1982، شرکت Hyperion یک واحد آزمایشی را راه‌اندازی کرد تا قابلیت تولید این محصولات را در مقیاس‌های بزرگ مطابق با نیاز برآورد کند. طبق ادعای کولین، شرکتش می‌تواند میلیونها تن تولید داشته باشد. وی می‌گوید: "ما کاربردهایی را درنظر داریم که می‌تواند در قسمت‌های پلاستیکی اتومبیل، نقش بزرگی را داشته باشد."

روز به روز بر تعداد رقبای شرکت Hyperion افزوده می‌شود. این کارگاه‌ها نه تنها به تولید معمولی نانولوله‌ها بلکه به تولید انواع سفارشی آنها نیز اقدام می‌کنند. چرا که همه انواع تولیدی، برای تمام کاربردها مناسب نیستند. فیبریل ها و لوله‌های چند دیواره‌ای شرکت Hyperion دارای قطر بزرگی بوده و از این رو ویژگیهای قابل پیش‌بینی آنها نسبت به نانولوله‌های کربنی تک دیواره‌ای، کمتر است. لذا این شرکت طرحهایی را برای تولید لوله‌های تک دیواره‌ای مدنظر دارد. البته تولید آنها محدودیت‌های مربوط به خود را دارد چرا که ضخامت اندک دیواره اتمی موجب ظرافت فوق‌العاده این مواد می‌شود.

 

o      شرکت Plastics GE با اضافه کردن افزودنیهایی به فیبریل از آن جهت استفاده در آینه‌های بیرونی اتومبیل استفاده می‌کند. استفاده از این مواد در سال 1997، در مدلهای Ford Taurus و Mercury Sable انجام گرفته است. تولید کننده‌های اتومبیل تصمیم دارند از فیبریل ها در ضربه‌گیر و سپر اتومبیل و نیز خط سوخت آن استفاده کنند. صنعت الکترونیک نیز با استفاده از این مواد در ساخت هارد دیسک، پتانسیل‌ها و قابلیت‌های جدیدی را در زمینه تجارت این مواد به وجود آورده است.

 

o       شرکت کربن‌نانوتکنولوژی   (CNI) واحدی را در هوستون، جهت تولید نانولوله‌های تک دیواره‌‌ای‌ با استفاده از اختراع خود موسوم به فرآیند منواکسید کربن فشار بالا  Hipco)) راه‌اندازی کرده است. این طرح که بوسیله گروه تحقیقاتی ریچارد اسمالی ارائه شده است، فرآیندی است که موجب تولید پیوستة نانولوله‌های با قطر کم می شود. این شرکت، کمتر از دو سال قبل یک محوطه 6000 فوت مربعی را برای این طرح آزمایشی پیش‌بینی کرده بود. طبق اظهارات باب گُوِر، رئیس هیئت اجرایی شرکت، CNI سه راکتور اتمی خود را به منظور آزمایش میزان تولیدات بکار خواهد گرفت و برای افزایش قابلیت و کاهش قیمت تلاش خواهد کرد. هدف این شرکت برآورده شدن اهداف تجاری تا سال 2005 می‌باشد. وی مدعی شد که: "حتی اگر ما در کار خود هیچ پیشرفتی نداشته باشیم، می‌توانیم نانولوله‌ها را به قیمت 2000 دلار برای هر پوند بفروشیم. این بدترین حالت ممکن است؛ اما درصورت پیشرفت می‌توانیم آنها را با قیمت 200 دلار عرضه کنیم ما عقیده داریم که حتی می توان قیمت آن را به زیر 100 دلار هم رساند."

 

o      از دیگـــر تولیــدکننـــده‌های برجستـــة جهـــان می‌توان آزمایشگاه نانو و هیئت تحقیقات مواد و الکتــروشیمی در ایالات متحده، میتسوبیشی و Showa Denko در ژاپن و Sun Nanotech Co. Ltd و.Shaanxi Nanfeng Chemical Industry Group Sharehoding Co. Ltd در چین را نام برد.

 

o      در نوامبر 2001، گروه صنایع شیمیایی اعلام کرد که این گروه و محققانش در دانشگاه تسینگهوا یک روش کاتالیستی رسوب دهی شیمیایی فاز بخار  CVD)) را جهت تولید ناپیوسته نانولوله‌ها ابداع کرده است. این         شرکت مدعی است که می‌تواند 15 کیلوگرم نانولوله را در هر ساعت تولید کند.

 

o      شرکت Rosseter Holding Ltd. بر این ادعاست که توانایی تولید مقادیر زیادی از نانولوله‌های تک دیواره‌‌ای و چند دیواره‌ای را با استفاده از مایعات هیدروکرین به همان کیفیتی که با روش تخلیه الکتریکی تولید می‌شوند دارد. روش مایع نیاز به انرژی کمتری داشته و قیمت این محصولات را کاهش می‌دهد. طبق ادعای این شرکت، یک ژنراتور توانایی تولید 3 کیلوگرم نانولوله را در هفته دارد. اما این شرکت برای افزایش این مقدار باید تعداد ژنراتورهایش را به مراتب افزاش دهد.

 

   کریستین چایلو، مسؤول فروش Rosseter چنین بیان می‌دارد که ما امکان افزایش تولید و کاهش قیمت را داریم. این شرکت که از سال 1998 شکل گرفته است، هم‌اکنون نمونه‌هایی را برای مشتریان که معمولاً آسیایی هستند تهیه می‌کند.

 

به هر حال همه روشهای تولید ناخالصی‌هایی را در کنار نانولوله‌ها تولید می‌کنند. کاربرد این مواد، مشخص ‌کنندة نوع ودرجة خلوص لوله‌های مورد نیاز است. کیفیت مهمترین شاخص تولید است.